孙宏斌在工作中。苑 洁摄
位于福建省莆田市平海湾的风力发电场。新华社记者 张国俊摄
人物小传
孙宏斌,1969年生于浙江台州,清华大学电机工程与应用电子技术系教授、博士生导师,国家级教学名师,教育部“长江学者”,享受国务院特殊津贴专家,美国电气和电子工程师协会(IEEE)会士、英国工程与技术学会(IET)会士、国家杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才。2018年,获得国家科学技术进步奖一等奖。
一座座输电铁塔耸立天地之间,仿佛一个个钢铁巨人,伸出巨手擎起特高压电网,一路穿山过川,行走在幅员辽阔的中华大地。4000米的海拔落差忽高忽低,零上零下80摄氏度的温差忽冷忽热,受制于自然的风电、光电输入忽强忽弱……这一切让控制电压成为一道世界难题。
改变电压控制的人工操作,为我国极为庞大而复杂的电网装上“超强大脑”,清华大学电机工程与应用电子技术系教授孙宏斌和他的团队做到了!他们披肝沥胆27年完成的“复杂电网自律—协同自动电压控制关键技术、系统研制与工程应用”项目,让“自动电压控制”成为现实。1月8日,他们光荣地站上了国家科学技术进步奖一等奖的领奖台。
攻坚,二十七年磨一剑
1月23日下午,记者在清华大学西主楼的一层办公室里,见到了孙宏斌教授。今年50岁的他眼睛总含着笑,儒雅而又谦和,听到称赞,他会不好意思地低下头。
我国很长一段时间里,为了维持系统电压安全,控制中心调度员要24小时监视全网各节点电压,一旦发现异常,就逐级拨打电话发出调节指令。可随着时代发展,这种“笨功夫”不仅耗费大量人力,眼见电网规模日益扩大,也越来越难以执行。
“尤其是经济发达、用电量大的地区,电从远方输送过来,就像瀑布注入深潭,容易形成电压‘凹陷区’。这种凹陷区如果遇到突发故障,就像推倒多米诺骨牌,容易引发连锁的大面积停电事故。”孙宏斌举例说,不论美加“8·14”大停电,还是希腊大停电、波兰大停电,背后都有电压失稳在作祟。
如何破解这个世界性难题?孙宏斌团队提出,给电网装上“超强大脑”——自动电压控制系统。该系统能够实时采集电网数据进行分析,利用有效的算法形成全局决策,自动闭环控制无功和电压调节设备,使电网时刻处于最佳状态。
“拿来主义”恐怕行不通。进入21世纪以来,我国全国装机总容量从2000年的3.2亿千瓦一举跃升到2015年的15.08亿千瓦,一年的新增装机容量就几乎与英国全国相当,需要蹚出一条前人从未走过的路。
27年前,还是博士研究生的孙宏斌,就在导师相年德教授、张伯明教授指导下,开始涉足这一领域。团队决定,采取“自律协同”技术。如同一个“跷跷板”,一边是自律,让各个电网节点“严于律己”;一边是协同,让各个电网节点“默契配合”。“我们正是踩在自律和协同之间最难的地方,要找到那个微妙的平衡点。”孙宏斌说。
“主从分裂理论”,这一物理学和数学的完美融合,成为解决复杂电网问题的破题之笔,为自动电压控制技术的广泛应用打下坚实理论基础。
采访孙宏斌时,他一再欣喜而骄傲地提起他的团队,是这支薪火相传、精诚合作的队伍,共同取得令人瞩目的重大成果。
吴文传,清华大学电机系教授、电力系统研究所所长、国家杰出青年科学基金获得者。他谦虚地这样解释自己的工作:“科研本身就是很艰苦的过程,跟农民种地类似,也是播种、耕耘、收获。”
郭庆来,清华大学电机系副教授、教育部“青年长江学者”、国家优秀青年科学基金获得者。仅江苏电网一个项目,他就在机房里待了近3年,“几乎找不着人说话”。但他很知足,因为在其他人还使用仿真数据时,他已经拿到了一手的现场数据。
王彬,清华大学电机系高级工程师,团队里的“拼命三郎”。他一年出差320多天。结婚只提前一天到家,婚礼结束就赶回外地现场。如今,他深度参与了全国20多家网省公司的自动电压控制系统研发和工程实施,足迹遍布全国六大区域电网。
葛怀畅,清华大学电机系博士后。“90后”的他牢记孙老师的叮嘱,“一个博士生是否合格,就看他能否在细分领域做到世界范围最前沿”,他决心把团队精神传承下去。
豪情,顶天立地做科研